Een gelijkstroommotor kan worden omgebouwd tot een gelijkstroomgenerator. Deze omzetting is gebaseerd op het principe van elektromagnetische inductie – een fundamentele natuurkundige wet die de werkingsmechanismen van motoren en generatoren verenigt (de wet van Faraday en de wet van Lenz). De meeste gelijkstroommotoren en gelijkstroomgeneratoren hebben een identieke basisstructuur (bijv. stator, rotor, commutator, borstels), en hun functionele verschil zit hem alleen in de vraag of ze elektrische energie omzetten in mechanische energie (motor) of mechanische energie in elektrische energie (generator). Hieronder vindt u een gedetailleerd overzicht van de omzettingsvoorwaarden, principes en belangrijkste overwegingen:

1. Kernprincipe: omkeren van de energieomzettingsrichting

De werking van gelijkstroommotoren en -generatoren is gebaseerd op de ‘omkeerbaarheid van elektromagnetische machines’:

• Als gelijkstroommotor: wanneer aangesloten op een gelijkstroombron, werkt het magnetische veld van de stator (van permanente magneten of veldwikkelingen) samen met de stroomvoerende rotorwikkelingen, waardoor een elektromagnetisch koppel ontstaat dat de rotor aanzet tot draaien (elektrische energie → mechanische energie).

• Als gelijkstroomgenerator: om deze om te zetten, moet u mechanische energie toevoeren om de rotor te laten draaien (bijvoorbeeld via een turbine, motor of handkruk). Doordat de rotorwikkelingen de magnetische krachtlijnen van de stator afsnijden, wordt een elektromotorische kracht (EMK, of "tegen-EMK" in motoren) in de wikkelingen geïnduceerd. De commutator (een belangrijk onderdeel) zet vervolgens de wisselende EMK in de rotorwikkelingen om in gelijkstroom (DC) die via de borstels wordt afgegeven, waarmee de omzetting van mechanische energie in elektrische energie is voltooid.

2. Belangrijkste voorwaarden voor conversie

Om een ​​DC-motor als DC-generator te laten functioneren, moeten er drie kritische voorwaarden worden vervuld (dit zijn tevens de basisvereisten voor elke generator om elektriciteit te produceren):

(1) Magnetisch veld (stator-excitatie)

De stator moet een stabiel magnetisch veld creëren. Dit hangt af van het oorspronkelijke ontwerp van de motor:

• Permanente magneet gelijkstroommotoren (PMDC): Er zijn geen extra stappen nodig. De ingebouwde permanente magneten in de stator zorgen al voor het benodigde magnetische veld voor inductie.

• Afzonderlijk bekrachtigde gelijkstroommotoren / shuntgewonden gelijkstroommotoren: De veldwikkelingen van de stator (oorspronkelijk gevoed door gelijkstroom om een ​​magnetisch veld te creëren) moeten worden bekrachtigd. Er zijn twee manieren om dit te doen: Zelfbekrachtiging: Nadat de rotor begint te draaien, induceert het kleine restmagnetisme in de ijzeren kern van de stator een zwakke elektromagnetische veldsterkte (EMK) in de rotor. Deze elektromagnetische veldsterkte wordt teruggevoerd naar de veldwikkelingen om het magnetische veld te versterken en uiteindelijk een stabiele uitgang te genereren. Externe bekrachtiging: Als de stator geen restmagnetisme heeft (bijvoorbeeld door langdurige inactiviteit), sluit de veldwikkelingen dan tijdelijk aan op een externe gelijkstroombron om de stator te "magnetiseren". Zodra er restmagnetisme is, schakelt u over op zelfbekrachtiging voor continu bedrijf.

Let op: Seriegewikkelde gelijkstroommotoren (bijvoorbeeld in oude elektrische voertuigen) zijn niet geschikt voor ombouw. ​​Hun veldwikkelingen staan ​​in serie met de rotor en zelfbekrachtiging is moeilijk te bereiken. Ze vereisen vaak externe bekrachtiging en hebben een onstabiele uitgangsspanning.

(2) Belastingcircuit (elektrisch uitgangspad)

Een belasting (bijv. een weerstand, gloeilamp of accu om op te laden) moet worden aangesloten op de klemmen van de motor (waar oorspronkelijk de gelijkstroom werd ingevoerd). Dit biedt een pad voor de geïnduceerde stroom om te vloeien – zonder belasting genereert de motor alleen een open circuit spanning, maar geen bruikbare elektrische energie.

3. Praktische conversiestappen (met een kleine PMDC-motor als voorbeeld)

Het ombouwen van een gewone kleine gelijkstroommotor (bijv. 6V/12V, zoals gebruikt in op afstand bestuurbare auto's of ventilatoren) tot een generator is eenvoudig en vereist geen aanpassingen aan de motor zelf:

(1) Koppel de motor los van de DC-voeding: verwijder de draden die oorspronkelijk stroom naar de motor leverden.

(2) Sluit een belasting aan op de klemmen van de motor: Gebruik draden om de twee klemmen van de motor aan te sluiten op een belasting (bijvoorbeeld een 12V-gloeilamp, een voltmeter om de output te meten of een oplaadbare batterij met een diode om omgekeerde stroom te voorkomen).

(3) Voer mechanische energie in om de rotor te laten draaien: gebruik een handkruk, katrolsysteem of kleine motor om de as van de motor met een constante snelheid te laten draaien.

(4) Controleer de uitvoer: als de belasting een gloeilamp is, zal deze oplichten; als u een voltmeter gebruikt, ziet u een DC-spanningswaarde (evenredig met de rotatiesnelheid).

4. Belangrijkste verschillen tussen een omgebouwde generator en een speciaal gebouwde DC-generator Hoewel ombouw mogelijk is, heeft een omgebouwde DC-motor beperkingen vergeleken met een generator die is ontworpen voor stroomopwekking.

Conclusie Samenvattend:

• Een gelijkstroommotor kan worden omgezet in een gelijkstroomgenerator omdat ze dezelfde elektromagnetische structuur hebben en gebruikmaken van omkeerbare energieomzetting (elektromagnetische inductie).

• Voor de omzetting zijn slechts drie voorwaarden nodig: een stabiel statormagneetveld (excitatie), mechanische rotatie van de rotor en een aangesloten belasting.

• Hoewel omgebouwde motoren haalbaar zijn voor kleinschalige toepassingen met een laag vermogen (bijvoorbeeld doe-het-zelfprojecten, noodstroom voor kleine apparaten), zijn ze niet geschikt voor de opwekking van stroom met een hoog vermogen of voor de lange termijn. Speciaal gebouwde gelijkstroomgeneratoren zijn betrouwbaarder en efficiënter voor dergelijke scenario's.